Lai hóa carbon trong những gì nó bao gồm, các loại và đặc điểm của chúng

các lai hóa carbon liên quan đến sự kết hợp của hai quỹ đạo nguyên tử tinh khiết để tạo thành quỹ đạo phân tử "lai" mới với những đặc điểm riêng. Khái niệm quỹ đạo nguyên tử đưa ra lời giải thích tốt hơn khái niệm quỹ đạo trước đây, để thiết lập một xấp xỉ về nơi có xác suất tìm thấy electron bên trong nguyên tử lớn hơn.

Nói cách khác, quỹ đạo nguyên tử là đại diện của cơ học lượng tử để đưa ra ý tưởng về vị trí của một electron hoặc cặp electron trong một khu vực nhất định trong nguyên tử, trong đó mỗi quỹ đạo được xác định theo các giá trị của các số của nó lượng tử.

Các số lượng tử mô tả trạng thái của một hệ (giống như của electron bên trong nguyên tử) tại một thời điểm nhất định, bằng năng lượng thuộc về electron (n), động lượng góc mà nó mô tả trong chuyển động của nó (l), mô men từ liên quan (m) và spin của electron trong khi di chuyển bên trong (các) nguyên tử.

Các tham số này là duy nhất cho mỗi electron trong quỹ đạo, do đó, hai electron không thể có cùng giá trị của bốn số lượng tử và mỗi quỹ đạo có thể bị chiếm giữ bởi hai electron nhiều nhất.

Chỉ số

• 1 lai carbon là gì??
• 2 loại chính
  • 2.1 Lai hóa Sp3
  • 2.2 Lai hóa sp2
• 3 tài liệu tham khảo

Sự lai hóa của carbon là gì?

Để mô tả sự lai hóa của carbon, phải xem xét rằng các đặc tính của từng quỹ đạo (hình dạng, năng lượng, kích thước, v.v.) phụ thuộc vào cấu hình điện tử của mỗi nguyên tử..

Đó là, đặc điểm của mỗi quỹ đạo phụ thuộc vào sự sắp xếp của các electron trong mỗi "lớp" hoặc cấp độ: từ lớp gần nhất đến lõi ngoài cùng, còn được gọi là lớp hóa trị.

Các electron ở cấp độ ngoài cùng là những cái duy nhất có sẵn để tạo thành liên kết. Do đó, khi một liên kết hóa học được hình thành giữa hai nguyên tử, sự trùng lặp hoặc chồng chéo của hai quỹ đạo (một trong mỗi nguyên tử) được tạo ra và điều này liên quan chặt chẽ đến hình học của các phân tử.

Như đã nêu ở trên, mỗi quỹ đạo có thể được lấp đầy tối đa hai electron nhưng phải tuân theo Nguyên tắc Aufbau, theo đó các quỹ đạo được lấp đầy theo mức năng lượng của chúng (từ thấp nhất đến cao nhất), như hiển thị dưới đây:

Bằng cách này, cấp 1 được điền trướcs, sau đó là 2s, tiếp theo là 2p v.v., tùy thuộc vào số nguyên tử hay ion có bao nhiêu electron.

Do đó, lai hóa là một hiện tượng tương ứng với các phân tử, vì mỗi nguyên tử chỉ có thể cung cấp quỹ đạo nguyên tử thuần túy (s, p, d, f) và, do sự kết hợp của hai hoặc nhiều quỹ đạo nguyên tử, cùng một số quỹ đạo lai cho phép liên kết giữa các yếu tố được hình thành.

Các loại chính

Các quỹ đạo nguyên tử có hình dạng và định hướng không gian khác nhau, tăng độ phức tạp, như hình dưới đây:

Nó được quan sát thấy rằng chỉ có một loại quỹ đạo s (hình cầu), ba loại quỹ đạo p (hình thùy, trong đó mỗi thùy được định hướng trên một trục không gian), năm loại quỹ đạo d và bảy loại quỹ đạo f, trong đó mỗi loại quỹ đạo có năng lượng chính xác như loại.

Nguyên tử carbon ở trạng thái cơ bản có sáu electron, có cấu hình là 1s²2s²2p^2. Đó là, họ nên chiếm cấp 1s (hai electron), 2s (hai electron) và một phần 2p (hai electron còn lại) theo Nguyên tắc Aufbau.

Điều này có nghĩa là nguyên tử carbon chỉ có hai electron chưa ghép cặp trong quỹ đạo 2p, nhưng không thể giải thích sự hình thành hoặc hình học của phân tử metan (CH₄) hoặc phức tạp hơn.

Vì vậy, để hình thành các liên kết này, bạn cần lai hóa các quỹ đạo s và p (đối với trường hợp carbon), để tạo ra các quỹ đạo lai mới giải thích các liên kết đôi và ba, trong đó các electron thu được cấu hình ổn định nhất để hình thành các phân tử.

Sp lai³

Sp lai³ bao gồm sự hình thành bốn quỹ đạo "lai" từ các quỹ đạo 2s, 2p_x, 2p_và và 2p_z xì gà.

Do đó, chúng ta có sự sắp xếp lại các electron ở cấp độ 2, trong đó có bốn electron có sẵn để hình thành bốn liên kết và chúng được đặt song song để có năng lượng thấp hơn (ổn định hơn).

Một ví dụ là phân tử ethylene (C₂H₄), có liên kết tạo thành góc 120 ° giữa các nguyên tử và cung cấp hình học lượng giác phẳng.

Trong trường hợp này, các liên kết C-H và C-C đơn giản được tạo ra (do quỹ đạo) sp²) và một liên kết đôi C-C (do quỹ đạo p), để tạo thành phân tử ổn định nhất.

Sp lai²

Thông qua lai hóa sp² ba quỹ đạo "lai" được tạo ra từ quỹ đạo 2s thuần túy và ba quỹ đạo 2p thuần túy. Ngoài ra, một quỹ đạo p tinh khiết thu được tham gia vào sự hình thành liên kết đôi (gọi là pi: "π").

Một ví dụ là phân tử ethylene (C₂H₄), có liên kết tạo thành góc 120 ° giữa các nguyên tử và cung cấp hình học lượng giác phẳng. Trong trường hợp này, các liên kết C - H và C - C đơn giản được tạo ra (do quỹ đạo sp).²) và liên kết đôi C-C (do p orbital), để tạo thành phân tử ổn định nhất.

Bằng cách lai sp, hai quỹ đạo "lai" được thiết lập từ quỹ đạo 2s thuần túy và ba quỹ đạo 2p thuần túy. Theo cách này, hai quỹ đạo p tinh khiết được hình thành tham gia vào sự hình thành liên kết ba.

Đối với kiểu lai hóa này, phân tử acetylene (C) được trình bày như một ví dụ₂H₂), có liên kết tạo thành góc 180 ° giữa các nguyên tử và cung cấp hình học tuyến tính.

Đối với cấu trúc này, có các liên kết C-H và C-C đơn giản (do quỹ đạo sp) và liên kết ba C-C (nghĩa là hai liên kết pi do quỹ đạo p), để có được cấu hình với lực đẩy điện tử ít nhất..

Tài liệu tham khảo

1. Lai quỹ đạo. Lấy từ en.wikipedia.org
2. Fox, M. A. và Whitesell, J. K. (2004). Hóa hữu cơ. Lấy từ sách.google.com.vn
3. Carey, F. A. và Sundberg, R. J. (2000). Hóa hữu cơ nâng cao: Phần A: Cấu trúc và cơ chế. Lấy từ sách.google.com.vn
4. Anslyn, E. V. và Dougherty, D. A. (2006). Hóa học hữu cơ hiện đại. Lấy từ sách.google.com.vn
5. Mathur, R. B .; Singh, B. P., và Pande, S. (2016). Vật liệu nano carbon: Tổng hợp, cấu trúc, tính chất và ứng dụng. Lấy từ sách.google.com.vn